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微物理过程参数化方案对WRF-EnSRF同化系统模式误差的影响研究

孙琼博  
【摘要】:数值天气模拟与资料同化中,如何减小模式误差对资料同化的影响为数值模拟提供更好的初始场,具有非常重要的研究意义。迄今对于集合卡尔曼滤波中集合平方根滤波同化方案模式误差的研究尚为稀少。微物理过程参数化的不确定性是造成中小尺度天气过程模拟与同化中模式误差的主要来源之一。目前国内外绝大部分关于WRF模式的研究以及对参数化方案在预报中的性能检验也仅停留在使用单一方案或不同类参数化方案(如单一积云参数化方案和单一微物理参数化方案)组合的效果。因此,本文基于前人搭建的WRF模式-集合平方根滤波(WRF-EnSRF)同化系统,构造了多微物理过程参数化组合的集合同化方案,并利用该方案进行了一系列模拟雷达资料及实际雷达资料的同化对比分析试验,主要结论如下: (1)由微物理过程参数化引起的模式误差在不同程度上降低了WRF-EnSRF同化系统的同化效果。模拟数据同化试验中,所有敏感试验(单一/多微物理过程参数化方案)各变量(模式/观测空间变量)分析效果均比控制试验差。 (2)同化模拟雷达资料时,各个多微物理过程参数化方案均能在一定程度上改善分析效果。不含控制试验微物理方案的多方案试验能够提高部分变量同化效果。含控制试验微物理方案的多方案试验,对模式空间变量的分析效果比单一方案试验基本都有所提高,总能量偏差以及均方根误差有所减小。进一步发现,若多方案试验中只包含冰相微物理过程参数化的方案,并加大控制试验微物理方案的比重,使得同化系统的分析性能有进一步提高,对所有变量的分析基本都有正效果,随同化次数增加分析效果更加合理。 (3)同化实际雷达资料时,微物理过程参数化方案的选择对观测空间变量反射率的分析影响较大,对径向风影响相对较小,这与理想个例中效果略有区别。只包含冰相微物理过程参数化的多方案试验同化效果并不理想。进一步选取表现最好的两个单一方案形成组合,其分析效果与表现最好的单一方案试验基本一致,部分变量略优。因此在实际个例中使用多微物理过程参数化方案只能消除部分模式误差的影响,不存在明显优势。但对于实际数值天气预报中缺少先验的情况,使用多微物理过程参数化方案仍具其优势和可取性。


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